通信电子线路001第一章 绪论

1、n课程名称：通信电子线路课程名称：通信电子线路n学时数：授课学时数：授课70学时，实验学时，实验18学时学时n授课时间：授课时间：119周周n主讲教师：张高原主讲教师：张高原n联系方式：联系方式：电话：电话子邮件：电子邮件：gaoyuan_QQ：7794843n教材：教材：高频电子线路第四版高频电子线路第四版 张肃文张肃文 高等教育出版社高等教育出版社n参考书：参考书： 射频通信电路第二版射频通信电路第二版 陈邦媛陈邦媛 科学出版社科学出版社通信电子线路第二版通信电子线路第二版 高如云高如云 西安电子科技大学出西安电子科技大学出版社版社n课程评定方式课程评定方式：n期

2、末成绩期末成绩 = 期末考试（满分期末考试（满分70） + 实验成绩（满分实验成绩（满分20） + 平时成绩（满分平时成绩（满分10）平时成绩的获取：平时成绩的获取：途径：课堂提问、作业、随堂考试途径：课堂提问、作业、随堂考试给分方式：每次给分方式：每次05分分本章要点n无线电发射机框图，超外差式接收机框图；各功能模块的功能，工作状态以及波形n调制与解调的概念n非线性的概念第第1章章 绪论绪论 1.1 无线通信系统概述无线通信系统概述 1.2 信号、频谱与调信号、频谱与调制制 1.3 本课程的特点本课程的特点1.4 学习方法学习方法 1.1 无线通信系统概述无线通信系统概述1.1.1 无线电通

3、信发展简史1.1.2 无线通信系统的组成1.1.3 无线通信系统的类型1.1.1无线通信发展简史n1837年、摩尔斯发明电报、创造了摩尔斯电码n1876年、贝尔发明电话n1864年、麦克斯韦、电磁场的动力理论n1887年、赫兹、电磁波的客观存在n1895年、马可尼、百米范围的电磁波通信n1901年、马可尼、跨大西洋无线通信n1904年、弗莱明、电子二极管n1907年、弗雷斯特、电子三极管n1948年、肖克莱、晶体三极管n1960年代、集成电路 1.1.2 无线通信系统的组成无线通信系统的组成n无处不在的无线电通信系统让我们从一段影片开始请大家注意影片中涉及到的通信手段n莫尔斯电码n请注意教材上

4、，有关无线电信号的产生和接收的内容！无线电通信系统组成框图编码器编码器发射机发射机信道信道接收机接收机解码器解码器信息信息信息信息如何用摩尔斯电码来表达字符串如何用摩尔斯电码来表达字符串“NEU” 1.1.2 无线通信系统的组成无线通信系统的组成高频电路是通信系统高频电路是通信系统, , 特别是无线通信系统的基础特别是无线通信系统的基础, , 是无线通是无线通信设备的重要组成部分。信设备的重要组成部分。 无线通信无线通信( (或称无线电通信或称无线电通信) )的类型很多的类型很多, , 可以根据传输方法、可以根据传输方法、 频率范围、频率范围、 用途等分类。不同的无线通信系统用途等分类。不同的

5、无线通信系统, , 其设备组成和复杂其设备组成和复杂度虽然有较大差异度虽然有较大差异, , 但它们的基本组成不变但它们的基本组成不变, , 下页是无线通信系统基下页是无线通信系统基本组成的方框图。本组成的方框图。 图中虚线以上部分为发送设备（发信机）图中虚线以上部分为发送设备（发信机）, , 虚线以下部分为接收虚线以下部分为接收设备（收信机）设备（收信机）, , 天线及天线开关为收发共用设备。天线及天线开关为收发共用设备。 信道为自由空信道为自由空间。间。 话筒和扬声器属于通信的终端设备话筒和扬声器属于通信的终端设备, , 分别为信源和信宿。分别为信源和信宿。 音频放大器调制器激励放大输出功率

6、放大载波振荡器天线开关高频放大混频器中频放大与滤波解调器音频放大器话筒本地振荡器扬声器变频器 无线通信系统的基本组成 无线电通信调幅广播发射机、接收机组成与工作原理无线电通信调幅广播发射机、接收机组成与工作原理发射机框图发射机框图接收机框图接收机框图 超外差接收机的主要特点就是由频率固定的中频放超外差接收机的主要特点就是由频率固定的中频放大器来完成对接收信号的选择和放大。大器来完成对接收信号的选择和放大。 当信号频率改当信号频率改变时变时, , 只要相应地改变本地振荡信号频率即可。只要相应地改变本地振荡信号频率即可。 由上面的例子可以总结出无线通信系统的基本组成由上面的例子可以总结出无线通信系

7、统的基本组成, , 从中也可看出高频电路的基本内容应该包括从中也可看出高频电路的基本内容应该包括: : （1 1）高频振荡器）高频振荡器 （2 2）放大器）放大器 （3 3）混频或变频）混频或变频 （4 4）调制与解调）调制与解调 无线通信系统的类型无线通信系统的类型 按照无线通信系统中关键部分的不同特性按照无线通信系统中关键部分的不同特性, , 有以下一些类有以下一些类型型: : （1 1）按照）按照工作频段或传输手段分类工作频段或传输手段分类, , 有中波通信、有中波通信、 短波通短波通信、信、 超短波通信、超短波通信、 微波通信和卫星通信等。微波通信和卫星通信等。 所谓工作频率所谓工作频

8、率, , 主要指发射与接收的射频（主要指发射与接收的射频（RF）频率。）频率。射频射频实际上就是实际上就是“高频高频”的广义语的广义语, , 它它是指是指适合无线电发射和传播的频率适合无线电发射和传播的频率。 无线通信的无线通信的一个发展方向就是开辟更高的频段。一个发展方向就是开辟更高的频段。 （2 2）按照）按照通信方式来分类通信方式来分类, , 主要有（全）双工、主要有（全）双工、 半双工和半双工和单工方式。单工方式。 （3 3）按照）按照调制方式调制方式的不同来划分的不同来划分, , 有调幅、有调幅、 调频、调频、 调相调相以及混合调制等。以及混合调制等。 （4 4）按照）按照传送的消息

9、的类型传送的消息的类型分类分类, , 有模拟通信和数字通信有模拟通信和数字通信, , 也可以分为话音通信、也可以分为话音通信、 图像通信、图像通信、 数据通信和多媒体通信等。数据通信和多媒体通信等。 各种不同类型的通信系统各种不同类型的通信系统, , 其系统组成和设备的复杂程度都其系统组成和设备的复杂程度都有很大不同。但是组成设备的基本电路及其原理都是相同的有很大不同。但是组成设备的基本电路及其原理都是相同的, , 遵遵从同样的规律。从同样的规律。本课程将以模拟通信为重点来研究这些基本电路，认识其规本课程将以模拟通信为重点来研究这些基本电路，认识其规律。这些电路和规律完全可以推广应用到其它类型

10、的通信系统。律。这些电路和规律完全可以推广应用到其它类型的通信系统。1.2 信号、信号、 频谱与调制频谱与调制 在高频电路中在高频电路中, , 我们要处理的无线电信号主要有三种我们要处理的无线电信号主要有三种: : 基带（消息）信号基带（消息）信号、 高频载波信号高频载波信号和和已调信号已调信号。 所谓基带信号所谓基带信号, , 就是没有进行调制之前的原始信号就是没有进行调制之前的原始信号, , 也称调制也称调制信号。信号。 1. 1. 时间特性时间特性 一个无线电信号一个无线电信号, , 可以将它表示为电压或电流的时间函数可以将它表示为电压或电流的时间函数, , 通常用通常用时域波形时域波形

11、或或数学表达式数学表达式来描述。来描述。无线电信号的无线电信号的时间特性时间特性就是信号随时间变化快慢的特性。就是信号随时间变化快慢的特性。 信号的时间特性要求传输该信号的电路的时间特性信号的时间特性要求传输该信号的电路的时间特性（如时间常数）与之相适应。（如时间常数）与之相适应。 2. 2. 频谱特性频谱特性 对于较复杂的信号（如话音信号、对于较复杂的信号（如话音信号、 图像信号等）图像信号等）, , 用频谱分析法表示较为方便。用频谱分析法表示较为方便。 信号幅度0t 信号分解 对于对于周期性信号周期性信号, , 可以表示为许多离散的频率分量可以表示为许多离散的频率分量（各分量间成谐频关系）

12、，如下图所示信号的频谱图（各分量间成谐频关系），如下图所示信号的频谱图; ; 对于对于非周期性信号非周期性信号, , 可以用傅里叶变换的方法分解为连可以用傅里叶变换的方法分解为连续谱续谱, , 信号为连续谱的积分。信号为连续谱的积分。 频谱特性频谱特性包含包含幅频特性幅频特性和和相频特性相频特性两部分两部分, , 它们它们分别反映信号中各个频率分量的振幅和相位的分布情况。分别反映信号中各个频率分量的振幅和相位的分布情况。 任何信号都会占据一定的任何信号都会占据一定的带宽带宽。 从频谱特性上看从频谱特性上看, , 带宽带宽就是信号能量主要部分（一般为就是信号能量主要部分（一般为90%90%以上）

13、所占据以上）所占据的频率范围或频带宽度的频率范围或频带宽度。 信号振幅0F3F5F7F9FF 傅里叶级数分解频谱图 3. 3. 频率特性频率特性 任何信号都具有一定的任何信号都具有一定的频率频率或或波长波长。 我们这里所讲的频率特性就是我们这里所讲的频率特性就是无线电信号的频率或波长。无线电信号的频率或波长。 电磁波辐射的波谱很宽电磁波辐射的波谱很宽, , 如下页图中所示。如下页图中所示。 无线电波只是一种波长比较长的电磁波无线电波只是一种波长比较长的电磁波, , 占据的频率范围很广占据的频率范围很广。 在在自由空间中自由空间中, , 波长与频率存在以下关系波长与频率存在以下关系: : c =

14、 f 式中式中: : c为光速为光速, , f 和和分别为无线电波的分别为无线电波的频率频率和和波长波长, , 因此因此, , 无线无线电波也可以认为是一种频率相对较低的电磁波。电波也可以认为是一种频率相对较低的电磁波。 对频率或波长进行分段对频率或波长进行分段, , 分别称为分别称为频段或波段频段或波段。 不同频段信号的产生、放大和接收的方法不同不同频段信号的产生、放大和接收的方法不同, , 传播的能力和方式也不同传播的能力和方式也不同, , 因而它们的分析方法和应用范围也不同。因而它们的分析方法和应用范围也不同。应当指出应当指出, , 不同频段的信号具有不同的分析与实现方法不同频段的信号具

15、有不同的分析与实现方法, , 对于对于米波米波以上（含米波以上（含米波, , 1 m）的信号通常用的信号通常用集总（中）参数集总（中）参数的方法来分析与的方法来分析与实现实现, , 而对于而对于米波以下米波以下（1 m）的信号一般应用）的信号一般应用分布参数分布参数的方法来分析的方法来分析与实现，与实现， 当然当然, , 这也是相对的。这也是相对的。无线电波105红外线1010可见光紫外线1015X射线1020宇宙射线1025f/Hz/m3103310 2(3.87.8)10 7310 7310 12310 17 电磁波波谱 4. 4. 传播特性传播特性 传播特性传播特性指的是无线电信号的传播

16、方式、指的是无线电信号的传播方式、 传播距离、传播距离、 传播传播特点等。特点等。 无线电信号的传播特性无线电信号的传播特性主要根据主要根据其所处的其所处的频段或波段频段或波段来来区分。区分。 电磁波从发射天线辐射出去后电磁波从发射天线辐射出去后, , 不仅电波的不仅电波的能量会扩散能量会扩散, , 接接收机只能收到其中极小的一部分收机只能收到其中极小的一部分, , 而且在而且在传播过程中传播过程中, , 电波的能电波的能量会被地面、量会被地面、 建筑物或高空的电离层建筑物或高空的电离层吸收或反射吸收或反射, , 或者在大气层或者在大气层中产生中产生折射或散射折射或散射等现象等现象, , 从而

17、造成从而造成到达接收机时到达接收机时的的强度大大衰强度大大衰减减。 根据无线电波在传播过程所发生的现象根据无线电波在传播过程所发生的现象, , 电波的传播方式主电波的传播方式主要有要有直射直射（视距）传播、（视距）传播、 绕射绕射（地波）传播、（地波）传播、 折射和反射折射和反射（天（天波）传播及散射传播等波）传播及散射传播等, , 如下页图中所示。如下页图中所示。 决定传播方式和传播特点的决定传播方式和传播特点的关键因素关键因素是是无线电信号的频率无线电信号的频率。 (a)射线(b)(c)电离层(d)对流层 无线电波的主要传播方式 （a） 直射传播; （b） 地波传播; （c） 天波传播;

18、（d） 散射传播 5. 5. 调制特性调制特性 无线电传播一般都要采用高频（射频）的一个原因是提高频谱无线电传播一般都要采用高频（射频）的一个原因是提高频谱利用率，另一个原因就是高频适于天线辐射和无线传播。利用率，另一个原因就是高频适于天线辐射和无线传播。 只有当只有当天线的尺寸到可以与信号波长相比拟时天线的尺寸到可以与信号波长相比拟时, , 天线的辐射效率才会较高天线的辐射效率才会较高, , 从而以较小的信号功率传播较远的距离从而以较小的信号功率传播较远的距离, , 接收天线也才能有效地接接收天线也才能有效地接收信号。收信号。 所谓所谓调制调制, , 就是用就是用调制信号调制信号去控制去控制

19、高频载波的参数高频载波的参数, , 使载波信使载波信号的某一个或几个参数（振幅、号的某一个或几个参数（振幅、 频率或相位）按照调制信号的规频率或相位）按照调制信号的规律变化。律变化。 根据载波受调制参数的不同根据载波受调制参数的不同, , 调制分为三种基本方式调制分为三种基本方式, , 它们是它们是振幅调制（调幅）振幅调制（调幅）、 频率调制（调频）频率调制（调频）、 相位调制（调相）相位调制（调相）, , 分分别用别用AM、 FM、 PM表示，表示， 还可以有组合调制方式。还可以有组合调制方式。 1.3 本课程的特点本课程的特点 高频电子线路是在科学技术和生产实践中发展起高频电子线路是在科学

20、技术和生产实践中发展起来的来的, , 也只有通过实践才能得到深入的了解。也只有通过实践才能得到深入的了解。 因此因此, , 在学习本课程时必须要高度在学习本课程时必须要高度重视实验环节重视实验环节, , 坚持理论坚持理论联系实际联系实际, , 在实践中积累丰富的经验。在实践中积累丰富的经验。 随着计算机技随着计算机技术和电子设计自动化（术和电子设计自动化（EDAEDA技术）的发展技术）的发展, , 越来越多的越来越多的高频电子线路可以采用高频电子线路可以采用EDAEDA软件进行设计、软件进行设计、 仿真分析仿真分析和电路板制作和电路板制作, , 甚至可以做电磁兼容的分析和实际环甚至可以做电磁兼

21、容的分析和实际环境下的仿真。因此境下的仿真。因此, , 掌握先进的高频电路掌握先进的高频电路EDAEDA技术技术, , 也也是学习高频电子线路的一个重要内容。是学习高频电子线路的一个重要内容。 n从信号、系统与电路三面理解课程的内容从信号、系统与电路三面理解课程的内容n抓住性能指标抓住性能指标n学会模拟电路的分析方法学会模拟电路的分析方法n电路结构、晶体管工作状态、信号输入输出方式、电路结构、晶体管工作状态、信号输入输出方式、信号大小要求、端口匹配电路、电路关键点的波信号大小要求、端口匹配电路、电路关键点的波形与频谱、关键指标计算、从原理电路过渡到实形与频谱、关键指标计算、从原理电路过渡到实际电路所必须的一些元件、影响电路性能的因素际电路所必须的一些元件、影响电路性能的因素n学会工程近似方法学会工程近似方法1.4 1.4 学习方法学习方法几对重要的关系几对重要的关系n线性线性vsvs非线性非线性n大信号大信号vsvs小信号小信号n信号带宽信号带宽vsvs信道带宽信道带宽